更新时间：作者：佚名
各位老铁们好，相信很多人对虚拟仿真技术在铁路机车操作维修实训平台——受电弓检修中的应用都不是特别的了解，因此呢，今天就来为大家分享下关于虚拟仿真技术在铁路机车操作维修实训平台——受电弓检修中的应用以及的问题知识，还望可以帮助大家，解决大家的一些困惑，下面一起来看看吧！
关键词：铁路机车运行维护；虚拟仿真；培训平台；受电弓；
基金资助： 2022年北创助教项目（二期）“基于虚拟仿真技术——的铁路机车操作维修培训平台的开发与应用以受电弓为例”（2021BCB02015）；
轨道交通车辆维修是一项复杂的工作，需要将流程标准应用于实车。实际工艺流程和操作方法具有复杂性、多样性和不确定性的特点。目前，轨道交通车辆维修方式的优化主要基于维修经验。主要依靠以往的经验来调整和优化维护流程，具有很大的局限性。这个限制在老机型的维修中不是很明显。但在新车型机车车辆的维护保养中表现得尤为明显。对于新车型来说，仅仅依靠以往的维修经验是不够的，也不利于维修方法的继承和创新。
本文拟利用虚拟仿真技术，将数据模型与虚拟图像相结合，将轨道交通车辆维修过程信息化、三维化、可视化。利用虚拟仿真终端作为虚拟现实展示的媒介，可以更加形象地展示工艺标准、工艺流程、操作方法等，让学生在企业现场直观、身临其境地观察和学*。
虚拟仿真技术又称计算机仿真，是指利用计算机生成三维动态现实，动态真实地模拟系统的结构、功能和行为，以及参与系统控制的人的思维过程和行为。最早的应用是在军事领域，例如洲际导弹的研制、阿波罗登月计划和核电站的运行。直到20世纪70年代中期，虚拟仿真技术才开始向民用领域延伸。 20世纪80年代以来，随着计算机技术的发展，它已广泛应用于人们生产生活的各个方面，如仪器仪表、虚拟制造、电子产品设计、仿真培训等[1]。仿真技术现已成为解决重大工程问题的必要手段，并逐渐形成一门交叉学科，成为认识客观世界的重要方法。
一是资金利用率高。如果花费大量资金购买实车上的受电弓设备，设备容易损坏、老化，需要定期维护，增加了教学成本[2]。但如果采用虚拟仿真技术进行适当替换，则无需在实车上购买受电弓设备，并且可以根据教学内容创建不同的仿真环境。其次，具有良好的灵活性。虚拟仿真教学不受场地限制，使教学过程不再抽象。学生还可以利用虚拟仿真平台灵活练*、反复练*教学难点。三是新颖性高。学生可以在虚拟仿真环境中从不同角度观察受电弓模型，学*前沿科研成果和新知识，有助于激发创造力。第四是互动性[3]。与传统的内容和知识表示形式（如文本、图像、视频）相比，虚拟仿真的最大特点是用户可以进行交互，成为提高教学、训练和练*效果的有效手段，解决训练和练*中的“三高”（高危险、高成本、高污染）和“四难”（难看、难移动、难进入、难再现）问题。
关于虚拟仿真技术在轨道交通车辆维修中的教学应用，国内外可供研究参考的相关案例文献较少。本文的研究对于虚拟仿真技术在轨道交通车辆维修领域的教学应用具有重要的理论研究意义。
首先，通过本文的研究，总结了虚拟仿真技术应用于轨道交通车辆维修课程的教学内容原则、策略和实施方法。在人才培养计划框架内改革和创新教学模式、方法和手段，将有效激发学*者的学*兴趣，提高学*者的专业技能，对学*者的个人成长和社会需求具有较强的现实意义。二是打破时间、空间限制，节约成本，提高教学效果。目前情况下，受电弓调试等实际方面无法有效开展，主要是受设备、场地、资金等硬件条件的限制。虚拟仿真技术的介入可以彻底打破空间和时间的限制。学*者只需在简易的实训室中即可进行各种测试等实验，获得与真实受电弓实验相同的体验。在有效保证教学效果的前提下，*节省了成本[4]。三是对其他专业应用虚拟仿真技术、改革教学模式具有一定的借鉴意义。实施职业教育的正确途径是让学*者在专业工作情境中参与和实践社区专业活动，从而掌握相应的知识和技能。因此，职业教育信息化还必须涉及学*者在真实或虚拟工作环境中对工作意图、知识和技能的主观建构，提出基于信息化的工作任务解决方案，使学*者在培养职业道德和职业认同的同时获得和掌握工作流程和知识。在典型的项目任务和工作流程中，学*者拥有一定程度的选择自由和在复杂的行动空间中行动的权力。因此，在职业教育信息化过程中，需要根据其特点和规律，利用信息技术为学*者提供不同工作环境下的互动交流学*媒体。
(1)传统实训教学注重基础知识的讲解，维修技术的教学相对枯燥。维修现场的操作过程止于工艺文件，相对机械化、流程化。不容易发现不合理的地方，学生对知识的灵活应用能力不足。
(2)专业教学实*期较短，一般为12周，实际维护过程需要较长时间。学*过程只能摘录于轨道车辆维修的某一阶段，学生无法形成对整个轨道车辆维修过程的整体认识。
（3）学校自建轨道交通车辆维修实训场地投资成本较高，占地面积较大，可开展的实训项目和内容十分有限。这给学校实践教学基地建设带来了巨大挑战。
（4）学校组织集中实*成本高，独立实*缺乏管理，危险性较大。在实*过程中，学生面临着自我意识不足、工作专一等问题。很多同学只是走走过场，没有深入探讨。同时，教师的监督还不够，需要大量的精力、物质和财力支持。另外，初入社会的学生对安全的警惕性不高，容易出现安全问题和安全隐患。
传统教学方式的优点：可以充分展现教师的主体地位，更好地控制课堂，组织学生，快速地将教师要教给学生的知识传达给学生。
传统教学方法的弊端：不能充分发挥学生的自主性，学生容易产生一定程度的依赖性，抽象的内容无法直观地展现，不利于学生的掌握和理解。
虚拟仿真教学可以很好地弥补传统教学方法的不足，充分调动学*者的学*积极性，真实直观地展示设备（如受电弓）的机械组成和各种参数的动态变化过程，对于学*者深入理解和掌握所学知识非常有帮助。然而，如果仅仅依靠虚拟仿真进行教学，并不能达到最佳的教学效果，主要是因为学*者的自律性、学*能力、理解能力并不完全一致。这就需要扬长避短，将传统教学模式与虚拟仿真教学方法高效、有机地结合起来，更好地提高教学质量[5]。例如，在讲解受电弓工作原理时，教师可以提前将PPT课件、在线教学视频等资源上传到面向大学生的MOOC，让学*者在课前预*，帮助学生吸收理论知识，然后利用虚拟仿真技术直观地讲解受电弓的机械组成、气路过程和电路路径，然后让学生在三维虚拟仿真环境中自由探索受电弓的机械组成、气路过程和电路路径并进行实际操作，从而产生更好的教学效果。影响。
以课程标准为基础，以专业素质培养和教学管理为目标，搭建教学培训资源和管理平台，打造铁路机车运行维护专业受电弓检修平台。根据课程标准中知识目标和能力目标的要求划分知识点。教学实施过程中，利用虚拟仿真技术在虚拟环境中展示和演示知识点，使学生在虚拟环境中直观、方便地学*受电弓的机械组成、电路工作原理、气体循环路径和维护方法。依托虚拟仿真演练平台，完成教学过程中的数据采集，并通过教学评价进行教学反思和改进。如图1所示。
(1)文献研究方法。收集虚拟仿真技术在铁路机车运维专业受电弓检修应用的基础理论，以及铁路机车运维专业受电弓检修相关课程资源建设的参考文献，了解和掌握行业在学科研究领域的最新应用现状，为总体方案的设计提供依据。
(2)比较研究方法。通过比较虚拟现实技术在国内外其他行业和职业教育领域的应用现状和优缺点，借鉴现有的先进经验和方法，结合我国职业教育当前在铁路机车操作维护受电弓维护职业教育课程中存在的问题，为课题的应用研究提供先进的理论指导和参考。
(3)案例研究法。本文以受电弓的机械组成、电路工作原理、空气循环路径以及维修方法的教学内容为例，结合虚拟仿真技术，总结了虚拟仿真技术在铁路机车运行维修实践教学中的有机融合策略和评价方法的应用策略、实施途径、教学方法、课程体系和人才培养方案。
图1 思路示意图下载原图
通过查阅大量技术文献，参考混合现实技术、虚拟现实技术研究、增强现实技术在高职教学中的相关成果，吸收有用的方法和建议；了解国内外相关研究现状、发展趋势以及实际应用效果；通过团队成员的讨论和调查，确定初步的研究计划和分工；根据机车运行维护受电弓维护课程的知识目标、能力目标和质量目标，根据课程目标梳理相应的知识点，并研究分析在虚拟环境中的实施方法；开发交互式程序脚本，在虚拟环境中实现所需的知识点功能；开发功能结合虚拟仿真硬件设备实现和测试；对制度进行了修改和完善。如图2所示。
铁路机车运行维护专业维修课程中受电弓维护实训项目实现虚拟仿真并移植到在线精品课程中。通过在线虚拟仿真培训，学员可以掌握铁路机车运行维护受电弓维护的方法、流程操作等技能。解决在线课程无法开展实战训练的问题，预计目标技能训练效果将达到体能训练效果的80%。 6至8名专业教师参与虚拟仿真课件开发，精通课件开发软件和流程，打造了铁路机车运维装备虚拟仿真实训课件开发团队，为全面实施虚拟仿真技术在教学中的应用奠定了基础。实训过程中与操作流程、操作要点相关的培训和考核全部移至线上平台，解决了因实训设备不足、考试名额不足，以上项目只能随机测试的问题，*提高了考核效率，并与体能训练相结合，显着提高了实训效果。
图2 技术路线图下载原图
本文利用虚拟仿真技术解决在线课程无法开展实践训练的问题，为理论与实践一体化课程的在线教学提供解决方案。在线模拟培训不仅可以完成相应的培训，还可以进行考核，可以及时评估在线培训的效果，让老师随时了解学生的在线培训状况。在线虚拟仿真实训也是对学校实训室实训的有力补充。可以弥补铁路机车操作维护所需设备大型、占地面积大、投资大、实训设备有限，导致学生培训不足，考核多以随机考试或笔试等明显缺点。通过在线培训和考核，完成相应技能中的操作流程和操作要点的培训和巩固，减少学员对实体设备的操作时间，提高实训室的培训效率，同时达到延长实体设备使用寿命的优势。
[1] 董树辉，李建文。虚拟仿真技术在电气工程课程教学中的应用研究[J].高等教育学报，2022(14):58-61。
[2]程莺歌，何媛媛，刘石，等。虚拟仿真技术在交通工程专业人才培养中的应用探索[J].时代汽车，2021(22):55-56。
[3]岳向南，何小星，马飞虎，等。虚拟仿真技术在测绘工程实践教学中的应用[J].测绘工程，2021(1):76-80。
[4] 张赛，夏德银，王德珍。虚拟仿真技术在电气自动化专业中的应用与研究[J].自动化应用，2023(12):55-57+60。
[5] 卫宁，潘彦明虚拟仿真技术在园艺专业实训教学中的应用[J].中国新通信，2022(20):113-115。